少なくとも１つの試料における熱流を測定するための装置、方法および容器アセンブリ
本発明は少なくとも１つの試料からの熱流を測定する装置および方法に関する。装置１は、１つまたは複数の容器（２１、２２、・・・、２ｎ）に試料を含むマルチウェル容器アセンブリ（２）を収容するように構成されている。前記装置（１）は、容器アセンブリ（２）を装置（１）に導入させるための開口（１１）と、ヒートシンク（１３）を有する測定室（１２）と、開口（１１）から測定室（１２）へと延在する流路（１４）とを備える。本発明は特に、開口（１１）および流路（１４）が装置（１）に水平に導かれることと、開口（１１）、流路（１４）および測定室（１２）の高さが、容器アセンブリ（２）を収容するために十分なだけの高さであることを提案する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は少なくとも１つの試料からの熱流を測定する装置および方法に関する。本装置は、１つまたは複数の容器（vessel）に試料を有するマルチウェル容器アセンブリを収容するように構成されている。装置は、容器アセンブリを装置に導入するための開口と、ヒートシンクを有する測定室と、開口から測定室へと延在する流路と、測定中に開口を閉鎖する蓋とを備える。本発明は更に、本発明に係る装置または方法に用いられるように構成されている容器アセンブリにも関連する。
【背景技術】
【０００２】
多くの物理的、化学的、生物学的過程は系の熱容量の変化につながる。熱量測定は熱容量の変化を直接的に測定する方法である。熱量測定の機器は物理学、化学、生物学において広い用途に用いられている。熱量測定データから、内部エンタルピー変化ΔＨ、熱容量変化ΔＣｐ、および絶対熱容量Ｃｐのような基礎的な熱力学特性が得られる。データの更なる分析により、ギブス自由エネルギー変化ΔＧ°、エントロピー変化ΔＳ°のような他の熱力学特性が間接的に得られる。試料において発生している複雑または未知なる過程の指標としての熱現象を観察するために、更に複雑な熱量測定機器システムが用いられる。
【０００３】
主に２つの熱量測定方法があり、等温熱量測定法および走査熱量測定法である。走査熱量測定法が熱量測定機器の温度を能動的に変化させる方法である一方で、等温熱量測定法では、温度はほぼ一定か、または熱量計内の過程により熱が吸収または放出されることにより変化する方法である。
【０００４】
試料特有の必要性または方法的な理由のために、市販の熱量測定可能な機器は、物理学、化学、生物学における特定の関心領域に特化しすぎているかまたはその逆である。例えば、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）は、固体試料に特化しており、その他は、液体溶液または混合物に特化している。また、中には、低温用途、高温用途、および、０〜１２０℃の温度範囲での使用のために設計された熱量計がある。等温状態（ＩＴＣ）での滴定のためだけに設計された機器も有る。
【０００５】
近年、工業的な熱量測定用途は、主に、製品の生産管理および物理的または化学的安定性に関する材料科学の問題と関連していた。生物学的過程は代謝活性の変化と往々にして関連性があり、これらは細胞レベルにおける酸化過程の結果としての熱変化の現れである。生物学的材料は等温熱量測定により研究されており、例えば、哺乳類細胞、植物細胞、原核細胞、哺乳類組織、植物組織および生物全体などがある。熱量測定により研究されてきた細胞内現象には、例えば、マイトーシス、ネクローシス、アポトーシスおよび代謝活性により誘発された変化などが挙げられる。中でも、生物産業分野において応用可能性があり、例えば、真核生物および原核生物タンパク質製造、創薬、薬品開発、臨床業務（例えば、非特許文献１〜３)がある。１つの重要な理由は、この方法はリアルタイムデータとしてデータを提供でき、このようなリアルタイム性は生物学用途における新技術への共通した要請であった。
【０００６】
生命科学産業組織のための全ての方法および技術は、簡易な試料の取扱いにより、高度な試料を得る必要がある。産業界からの要求を満たすためには、方法は平行マルチ試料検査に基づき、好適にはアレイシステムとして構成されることが望ましい。市販の熱量測定機器においては、概して、試料は個別に熱量計に装填または導入される。数種の市販の多流路温度測定器があるが、これらは全て、個別熱量測定流路が温度自動調節器を共有する。
【０００７】
多くの多流路熱量計は、特許文献１〜４に記載されているような、抵抗温度計測法、すなわち、サーミスタ抵抗温度計測器または白金抵抗温度計測器、または電熱電圧判定の熱検出のいずれかの使用により説明できる。特許文献４および非特許文献４に記載のサーモパイルチップに基づく微細熱量計もある。これらの種類の機器は高感受性、少量の試料量（数マイクロリットル）、即応性および多流路設計への適応性を有し得るという点において特徴付けられる。しかし、例えば、土のような不均一な試料および細胞、組織および動物のような試料に対する細胞の単層を用いた実験のように、多く用途において試料量が過剰に少ない。更に、熱伝導熱量計について、特定の試料についての検知限界は容器に含まれる試料の量に比例する。従って、特に低い熱出力を有する材料については、数マイクロリットルよりも多い試料量を用いて測定を行うことが必要であり得る。産業界のユーザからの、安全性および費用効果の要請により、試料が容器に入れられ、かつ、廃棄可能な試料容器内において実験が行われることが望ましい。これまでの間、チップ技術ではこの問題に対処することができなかった。
【０００８】
サーモパイル熱伝導熱量計が、物理的、化学的または生物学的過程が起きている試料からの熱容量の変化を高感度に測定するために用いられ得る。試料からサーモパイルを経てサーモスタットを備えるヒートシンクへ至る熱流を測定することにより熱が測定される。この測定原理が、複数の着脱可能かつ廃棄可能な、複数の試料容器配列にも応用できるかは、依然として示されていない。この理由としては、（i）測定室に配列を導入した場合に、導入された配列体について良好な熱平衡を保証すること、（ii）測定室に配列を導入した場合に、温度調節ブロックおよびヒートシンクにおける、熱および機構的な、すなわち、圧力の急激な撹乱を予防すること、（iii）多数の容器の着脱可能な配列と、サーモパイルのような熱流センサとの間の高い熱伝導接続を保証すること、が難しいことである。単一の容器コンテナか多数の容器コンテナかに関係なく、熱平衡および安定的な熱測定信号を十分な時間内に得るために、複数のステップにおいて、試料容器が熱量測定室に嵌入される必要がある。熱量測定試料容器は熱量計に垂直に嵌入される。マルチ容器コンテナ配列における、このような嵌入方法は熱平衡のために非効率の長い平衡時間の原因となる。また、サーモパイルの圧電効果応答によって、サーモパイルにおいて大きな変動も引き起される。
【０００９】
従って、配列システムに基づき、かつ、試料容器が廃棄可能な熱量測定機器が必要とされている。そのような機器は操作が簡易であり、かつ、ユーザの要求に応じた、高い感受性を有する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許公開公報第２００４／０１０７９８６号公報
【特許文献２】米国特許公開公報第２００５／０２４１８６９号公報
【特許文献３】米国特許公開公報第２００５／００３６５３６号公報
【特許文献４】米国特許公開公報第２００４／００３８２２８号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Beezer, A. E., et al (1993) Microbios. 73, 205-213
【非特許文献２】Beezer, A. E. (1990) Tokai J Exp Clin Med. 15, 369-372
【非特許文献３】Monti, M. (1990 Thermochimica Acta 172, 53-60, and Takahashi, K. (1990) Tokai J Exp Clin Med. 15, 387-394
【非特許文献４】Maskow, T. et al. (2006) J. Biotechnol. 122, 431-42
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
技術的背景の観点から、熱流測定のための多流路装置を用いて測定室における高い測定安定性を達成することは技術的な課題である。多流路は、装置への大きな開口を必要とし、測定室における試料の上の空間が大きく、従って、温度の点で安定性を保つことは難しい。
【００１３】
試料上面の本体を測定室に導入する事は可能であり、本体は測定室内の温度に安定化され、よって、測定室を安定化させて、試料の上の空間を小さくできる。しかし、そのような本体の導入は圧力変動の原因となり、測定室内の空気流を変動させて不要な温度変動を引き起こし、測定前の平衡化にかかる時間を長くし得る。従って、測定環境の維持制御を備えるか、または、容器アセンブリを導入した場合の測定環境の変動が最小化されているようなマルチウェルアセンブリを収容するために十分に大きい測定室を提供することが課題である。
【００１４】
如何に迅速に試料を測定室に導入し、測定室への試料導入後に如何に即座に測定開始できるかという観点から、試料を効率的に導入できる装置を提供することが課題である。
【００１５】
熱流測定は安定的で制御された環境を必要とし、また、そのような状況下では、測定室において、制御された方法によって、測定室の温度安定性が維持された状態で、要求された試験温度に応じて、温度を増減させる可能性をもたらすことが問題である。
【００１６】
いくつかのウェルまたは容器が並行して用いられることができ、各容器が個別にモニタリングされるような測定室を提供することが課題である。
【００１７】
また、熱流測定装置内における複数の個別試料の並行測定に適応したマルチウェル容器アセンブリを提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上記のように特定された技術的課題のうち、１つまたは複数を解決することを目的として、
少なくとも１つの試料からの熱流を測定する、１つまたは複数の容器に試料を含むマルチウェル容器アセンブリを収容するように構成された装置であって、該装置は、
前記装置内に前記容器アセンブリを導入させる開口と、
ヒートシンクを有する測定室と、
前記開口から前記測定室に渡って延在する流路と、
測定中に前記開口を閉鎖するための閉鎖部材と
を備え、また、前記開口、流路および測定室の高さを最小化する可能性を高めるために、前記開口および流路を前記装置に水平に導き、前記容器アセンブリを収容するために十分なだけの高さとすることを提案する。これにより、容器上に大きな空間のない、非常に小さな測定室を有することが可能となる。
【００１９】
前記開口、流路および測定室の前記高さは前記容器アセンブリの高さよりも５ｍｍまたはそれ以下だけ高いことを提案する。
【００２０】
如何に迅速に試料を測定室に導入し、測定室への試料導入後に如何に即座に測定開始できるかということに関して、測定室への試料の効率的な導入を提供するために、本発明は、前記測定室が第１の金属体内の空洞より成り、前記流路が第２の金属体を貫く穴より成り、そして、前記第１および第２金属体は相互に断熱されていることを提案する。また、前記ヒートシンクが、前記空洞内に位置する第３の金属体より成り、該第３金属体が前記第１金属体から断熱されていることを提案する。測定室内の環境の制御を更に改善するために、前記測定室が、容器アセンブリの平衡化のために構成されている第１領域と、ヒートシンクを含み、かつ、測定中に容器アセンブリを収容するように構成されている第２領域とに分割されていることを提案する。
【００２１】
容器アセンブリ内のいくつかの個別の容器のモニタリングの可能性を提供するために、本発明は、容器アセンブリが第２領域内に載置されたときに、容器アセンブリ内のすべての容器が前記熱センサ上に位置するように、センサが前記ヒートシンク上に位置していることを提案する。異なる熱センサを互いに断熱するために、前記第３金属体の上表面が複数の支柱に分割され、前記熱センサの１つが各支柱の上に載置されることを提案する。
【００２２】
測定室内の環境を更に改善するために、前記第１、第２金属体および前記蓋が、同一温度で熱安定されることを提案する。
【００２３】
前記金属体が、等温測定のために、選択した実験温度である定常温度において保持されるか、または、前記金属体の温度が、走査測定のために、選択温度の範囲内において変更される。
【００２４】
熱がヒートシンクおよび測定室から出るように、外部容器が、前記第１、第２金属体を封入し、該容器が、前記第１、第２金属体からは断熱されていることを提案する。この外部容器をデュワー容器としてもよい。前記第１、第２金属体を有する前記外部容器は、外部室内に位置し、該外部室内の温度が前記測定室内の温度よりも低く維持されている。前記外部室内の温度は、５℃程度またはそれ以上、前記測定室内の温度よりも低い。これにより、ヒートシンクからの熱流と外部室への熱流が誘発され、緩衝帯としての外部容器が測定室の過剰な冷却を防止し、測定室内の環境がより容易に制御できるようになる。
【００２５】
装置を、異なる高さの容器アセンブリを収容できるようにするために、前記流路および測定室の高さが、多様な容器アセンブリの高さに適合可能であることを提案する。
【００２６】
また、本発明は、試料を含むいくつかの容器の容器アセンブリにも関し、その容器アセンブリは本発明に係る装置に適合されている。各容器の外側底表面が、本発明に係る装置の上に載置されたときに、熱センサと良好に接触するように形成されていることを提案する。
【００２７】
特に、本発明に係る装置の上に載置されたときに、前記容器アセンブリ内の各容器が熱センサ上に位置するように、それらを載置することを具体的に提案する。
【００２８】
装置内の全ての熱センサを全く等しい高さに位置決めする事は難しく、また、各容器を、それぞれの熱センサと接触させることが非常に重要であるため、前記各容器が前記容器アセンブリに緩く嵌合することを提案し、これにより、各容器がそれぞれの熱センサと直接接触できるようになる。
【００２９】
例えば、容器に含まれ得る試料の種類または容器にかけてもよい費用の許容値のような、様々なパラメータに応じて、容器は異なる素材から作成され得る。容器はガラス、ステンレス鋼、またはプラスチック製であり得る。
【００３０】
また、前記容器アセンブリまたは容器アセンブリ内の容器が廃棄可能であることを提案する。
【００３１】
また、本発明は、装置内に前記容器アセンブリを導入させる開口と、ヒートシンクを有する測定室と、前記開口から前記測定室に渡って延在する流路と、測定中に前記開口を閉鎖するための閉鎖部材とを備える装置によって、マルチウェル容器アセンブリ内の少なくとも１つの試料からの熱流を測定する方法にも関連する。本発明は、水平方向に、前記開口および流路を通じて前記測定室内に前記容器アセンブリを輸送することを提案し、これにより、容器アセンブリを収容するのに十分なだけの高さを有する開口および測定室を用いることが可能になる。
【００３２】
本発明に係る方法においては、測定室内の許容可能な安定性を達成するという目的の下に、容器アセンブリが前記測定室内に輸送される前に、前記容器アセンブリが前記流路において平衡化可能であって、第２領域に輸送される前に、前記容器アセンブリが測定室内の第１領域において平衡化可能であり、該第２領域が前記ヒートシンクを含み、かつ、測定用の容器アセンブリを収容するように構成されており、前記容器アセンブリは、測定開始前に、前記第２領域において平衡化可能である。前記容器アセンブリが平衡化に要する時間は、前記流路および前記第１領域において１０分程度であり、前記第２領域において３０分程度であることを提案する。
【００３３】
本発明に係る方法では、前記流路および前記測定室が、等温測定のために、選択した一定の実験温度に維持されるか、または、前記流路および前記測定室の温度が、走査測定のために、選択した温度範囲において変更されることを教示する。
【００３４】
測定のために適当な基準温度を得るために、前記容器の少なくとも１つが基準容器として用いられ、該基準容器が内容材料により変更されることを提案する。存在する容器からいかなる数の基準容器を選択することも可能であり、前記容器の半分が基準容器として用いられ、前記容器の半分が試料に供されることも提案する。
【００３５】
測定室内の温度を低くするために、外部容器が内部に位置している前記外部室内の温度が、前記測定室の温度よりも低く維持される。前記外部室と前記測定室の温度差が、例えば、５℃程度またはそれ以上である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に従う装置および容器アセンブリまたは方法の利点は、本発明は、複数の並列容器における熱流測定のための、制御された安定的な測定環境を提供することである。本発明はまた、容器アセンブリが装置に導入されてから５０分程度で測定が開始し得る、迅速な測定手順をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本発明に従う装置、容器アセンブリ、および方法を、添付の図面を参照しながら以下に詳述する。
【００３８】
【図１】本発明に係る装置の概略的かつ極めて単純化した断面図である。
【図２】熱素子を有するヒートシンクと容器アセンブリの概略側面図である。
【図３】外部室を有する本発明の装置の概略的かつ極めて単純化した側面図である。
【図４ａ】異なる参照容器の配置を有する容器アセンブリの概略的かつ簡略的な上面図である。
【図４ｂ】異なる参照容器の配置を有する容器アセンブリの概略的かつ簡略的な上面図である。
【図４ｃ】異なる参照容器の配置を有する容器アセンブリの概略的かつ簡略的な上面図である。
【図５】本発明の可能性のある実施態様に従って実施した測定から得られた結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１を参照して、以下に本発明を更に詳細に説明する。図１は、少なくとも１つの試料２１ａからの熱流を測定する装置１を示し、該装置１は、１つまたは複数の容器２１、２２、・・・２ｎ内の試料を含むマルチウェル容器アセンブリ２を収容するように構成されている。
【００４０】
装置１は、容器アセンブリ２を装置１に導入するための開口１１と、ヒートシンク１３を含む測定室１２と、開口１１から測定室１２へと延在する流路１４と、測定中に開口を閉鎖する蓋１５と、図中に破線で示す閉鎖部材１５ａとを備える。
【００４１】
特に本発明においては、開口１１および流路１４が装置１に水平に導かれるので、装置１への開口１１が比較的小さくなる。開口１１の高さ「ａ」が可能な限り小さいことが望ましいところ、本発明では、開口１１、流路１４および測定室１２が容器アセンブリを収容するために最低限の高さを有する旨を開示する。提示するある実施形態では、開口１１、流路１４および測定室１２の高さ「ａ」が、容器アセンブリ２の高さ「ｂ」を５ｍｍまたはそれ以下超過する。
【００４２】
安定的な測定環境の提供のために、測定室１２は第１金属体１６内部の空洞として形成され、流路１４は第２金属体１７を貫通する穴として形成され、第１、第２金属体１６、１７と、蓋１５は相互に断熱されている。これは、第１、第２金属体１６、１７の間と、第２金属体１７と蓋１５の間に位置する第１プラスチック部材３１により行われ、これらの第１プラスチック部材３１は高熱耐性である。外部環境からの蓋１５の断熱は、蓋１５とは空隙３３により隔てられているプラスチック蓋３２による。
【００４３】
ヒートシンク１３は、空洞内に位置する第３金属体１８として形成され、この第３金属体１８は第１金属体１６とは断熱されている。この断熱は、高耐熱性の、第１、第３金属体１６、１８の間に位置する第２プラスチック部材による。
【００４４】
測定室１２は、容器アセンブリ２の平衡のため構成されている第１領域１２ａと、ヒートシンク１３を含み、かつ、測定中に容器アセンブリ２を収容するように構成されている第２領域１２ｂとに分けられる。
【００４５】
図２は、ヒートシンク１３に縦立する容器アセンブリ２を若干拡大した図である。容器アセンブリ２が第２領域１２ｂ内に置かれると、熱センサ４１、４２、・・・、４ｎがヒートシンク１３上に位置するため、容器アセンブリ２内の全ての容器２１、２２、・・・、２ｎが熱センサ４１、４２、・・・、４ｎ上に位置するようになる。第３金属体１８の上表面は、支柱１８１、１８２、・・・、１８ｎに分割でき、熱センサ４１、４２、・・・、４ｎの一つが各支柱１８１、１８２、・・・、１８ｎの上面に位置できる。
【００４６】
熱センサ４１、４２、・・・、４ｎの全てが同じ高さではないことに起因する高さの違いを克服するために、熱センサをヒートシンク１３の上面においてばねで付勢して、各センサおよび容器の間の良好な熱接触を保証することができる。
【００４７】
また、本発明は、第１、第２金属体１６、１７と蓋１５、１５ａを同一温度で熱安定させることも目的としている。
【００４８】
本発明に係る装置１は、異なる種類の測定に用いられ、測定の目的に応じて、金属体１６、１７、１８が、等温測定のために、選択した実験温度である定常温度において保持されるか、または、金属体１６、１７、１８の温度が、走査測定のために、選択温度の範囲内において変更されることを提案する。
【００４９】
測定室１２の環境を更に安定化させるために、図１は、外部容器５で第１、第２金属体１６、１７を封入し、該容器は、第３プラスチック部材３５により第１、第２金属体１６、１７から断熱されている様子を示す。提示した一実施形態は外部５容器がデュワー容器である旨を開示する。
【００５０】
図３は、外部容器５が第１、第２金属体１６，１７が外部室６に位置し、外部室６内の温度は測定室１２よりも低く維持されており、よって、温度制御中の測定室の冷却を可能にする実施態様を示す。外部室６内の温度は５℃程度またはそれ以上、測定室１２内の温度よりも低い。
【００５１】
提示した一つの本発明の実施形態では、流路１４および測定質１２の高さ「ａ」は、多様な容器アセンブリ２の高さ「ｂ」に適用可能であり得る。
【００５２】
再度、図２を参照し、複数の試料２１ａを含むいくつかの容器２１、２２、・・・、２ｎを備える本発明によるマルチウェル容器アセンブリ２が示されている。本発明は、各容器２１、２２、・・・、２ｎの外側底表面２１’、２２’、・・・２ｎ’が、本発明に係る装置１の上に載置されたときに、熱センサ４１、４２、・・・、４ｎと良好に接触するように形成されていることを具体的に教示する。容器アセンブリ２内の各容器２１、２２、・・・、２ｎは、本発明に係る装置１内に載置されたときに、熱センサ４１、４２、・・・、４ｎの上に位置するように位置合わせされている。
【００５３】
装置１において、各熱センサ４１、４２、・・・、４ｎが高さにおいて異なることを克服するために、各容器２１、２２、・・・、２ｎが容器アセンブリ２に緩く嵌合し、これにより、各容器がそれぞれの熱センサの高さに調節可能である。
【００５４】
容器アセンブリ２内の容器２１、２２、・・・、２ｎは、異なる材料により構成され得る。例えば、ガラス、ステンレス鋼またはプラスチック製の容器であり得る。
【００５５】
容器アセンブリ２が全体として廃棄可能であるか、または、容器アセンブリを構成する容器２１、２２、・・・、２ｎのそれぞれが廃棄可能であることを提案する。
【００５６】
再度、図１を参照し、以下に本発明に係る方法を詳述する。本発明は、概略図示した、容器アセンブリ２を装置１内に導入する開口１１と、ヒートシンク１３を有する測定室１２と、開口１１から測定室１２へと延在する流路１４と、測定中に開口１１を閉鎖する蓋１５と、閉鎖部材１５ａを備える装置を用いて、マルチウェル容器アセンブリ内の少なくとも１つの試料２１ａからの熱流を測定する方法を示す。
【００５７】
本発明に係る方法は、容器アセンブリ２を、測定室１２に輸送される前に流路１４内で平衡化させること、および、容器アセンブリ２を、第２領域１２ｂに輸送される前に測定室１２内の第１領域１２ａ内で平衡化させ、この第２領域１２ｂがヒートシンク１３を含み、かつ、測定のための容器アセンブリ２を収容するために構成されていることを提案する。また、容器アセンブリ２を、測定開始前に、第２領域１２ｂにおいて平衡化させることも提案する。平衡化のための時間は、流路１４および第１領域１２ａにおいて１０分程度であり、第２領域１２ｂにおいて３０分程度である。
【００５８】
行われる測定の種類に応じて、様々な方法で温度制御できることは理解されたい。例えば、流路１４および測定室１２内の温度を等温測定のために選択した一定の実験温度に維持することもでき、また、流路１４および測定室１２内の温度を走査測定のために選択した範囲の温度において変化させることもできる。
【００５９】
図４は、測定のための基準温度を提供するために、容器２１ｒの少なくとも１つを基準容器として用い、任意の基準容器２１ｒを不活性材料で満たすことを示している。図４ａ、４ｂおよび４ｃにおいては、装置の開口を図の下部としているので、測定室におけるあらゆる温度勾配「Ｇ」が図中の矢印「Ｇ」に従うであろう。
【００６０】
図４ａは２つの基準容器２１ｒ、２２ｒを用いた１つの実施形態を示す。異なる試料が入った容器が破線により２群に分割され、各群からの測定結果が基準容器の測定値に基づいて調節される。
【００６１】
図４ｂは、基準容器が容器の外側の列に位置する様子を示す。この実施形態において、容器を複数の行に分け、各基準容器を、図中の破線に対して固有の行および固有の側にある容器の基準として用いられる。
【００６２】
図４ｃは、半分の容器２１ｒ、２２ｒ、・・・、２ｍｒが基準容器として用いられ、半分の容器が試料用の容器として用いられる様子を示す。本実施形態において、試料の入ったそれぞれの容器は調整基準容器を用いて測定調整できる。
【００６３】
本発明に係る方法は、図３に概略的に示す外部室６内の温度を測定室１２の温度よりも低く維持することと、該測定室を封入し、かつ、第１、第２金属体１６、１７から断熱されている外部容器５が外部室内に位置していることを提案する。外部室６と測定室１２の温度差を５℃程度またはそれ以上とすることを提案する。
【００６４】
本発明に従う装置および容器アセンブリによる多流路熱量測定システムは、マイクロタイタープレートの容器プレートを用い、培養細胞の平行実験および試験を実施できる。この特性は、以下に例示するような新しい種類の熱量測定実験を具現化する。
ａ）複数培養細胞からの熱排出の同時測定により、個別の実験によりもむしろ、例えば、用量反応曲線の実施などの理論的な実験計画を具現化できる。
ｂ）複数培養細胞からの熱排出の同時測定により、個別の実験よりもむしろ、細胞生物学測定の必須条件である分析値の正規化を具現化できる。
ｃ）本形式によれば、付着細胞、すなわち、表層に付着して成長する細胞からの熱排出の測定が可能となる。培養細胞に対する従来の熱量測定実験は、浮遊状態で生存する細胞（cells growing in suspension）またはマイクロキャリアに付着した細胞に制限されており、このような場合には正規化はほぼ達成し得なかった。本発明に係る装置および方法を用いて細胞数および形態の制御が可能となり、また、それぞれのウェルについて正規化も個別に行うことが可能となった。
ｄ）本形式によれば、実験を行う際にロボット光学を利用することが可能となる。
【００６５】
本発明の具体的な利用態様は、本発明に係る装置において用量応答実験が実施される場合には、以下のように説明される。
【００６６】
培養３Ｔ３−Ｌ１細胞を白色脂肪細胞に分化させ、５つの三重濃度（five triplet concentration）のインシュリンにより処理する。本実験は２つに分けられ、インシュリン添加前の各ウェルの熱出力、基礎代謝率と、インシュリン添加後に誘発された代謝上昇活性を記録する。
【００６７】
基礎代謝率を３０分間にわたり記録する。装置からマイクロタイタープレートを取り出し、インシュリンをウェル容器に、すなわち使用中のウェル容器に無作為に分配された三重の５濃度に添加する。３０分の平衡化の後に、３０分間に渡って熱出力が記録される。
【００６８】
２つの連続的な熱出力測定の結果が、インシュリンにより誘発された代謝活性と基礎代謝率との間のｓ率として扱われる。このように、細胞数の算定および他の正規化手順を経る必要がない。結果を図５に示す。
【００６９】
本発明は上述の記載および例示的実施形態に限定されず、また、添付の特許請求の範囲に示したように、本発明の概念の範囲内において修正が加えられ得ることは理解されたい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は少なくとも１つの試料からの熱流を測定する装置および方法に関する。本装置は、１つまたは複数の容器（vessel）に試料を有するマルチウェル容器アセンブリを収容するように構成されている。装置は、容器アセンブリを装置に導入するための開口と、ヒートシンクを有する測定室と、開口から測定室へと延在する流路と、測定中に開口を閉鎖する蓋とを備える。本発明は更に、本発明に係る装置または方法に用いられるように構成されている容器アセンブリにも関連する。
【背景技術】
【０００２】
多くの物理的、化学的、生物学的過程は系の熱容量の変化につながる。熱量測定は熱容量の変化を直接的に測定する方法である。熱量測定の機器は物理学、化学、生物学において広い用途に用いられている。熱量測定データから、内部エンタルピー変化ΔＨ、熱容量変化ΔＣｐ、および絶対熱容量Ｃｐのような基礎的な熱力学特性が得られる。データの更なる分析により、ギブス自由エネルギー変化ΔＧ°、エントロピー変化ΔＳ°のような他の熱力学特性が間接的に得られる。試料において発生している複雑または未知なる過程の指標としての熱現象を観察するために、更に複雑な熱量測定機器システムが用いられる。
【０００３】
主に２つの熱量測定方法があり、等温熱量測定法および走査熱量測定法である。走査熱量測定法が熱量測定機器の温度を能動的に変化させる方法である一方で、等温熱量測定法では、温度はほぼ一定か、または熱量計内の過程により熱が吸収または放出されることにより変化する方法である。
【０００４】
試料特有の必要性または方法的な理由のために、市販の熱量測定可能な機器は、物理学、化学、生物学における特定の関心領域に特化しすぎているかまたはその逆である。例えば、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）は、固体試料に特化しており、その他は、液体溶液または混合物に特化している。また、中には、低温用途、高温用途、および、０〜１２０℃の温度範囲での使用のために設計された熱量計がある。等温状態（ＩＴＣ）での滴定のためだけに設計された機器も有る。
【０００５】
近年、工業的な熱量測定用途は、主に、製品の生産管理および物理的または化学的安定性に関する材料科学の問題と関連していた。生物学的過程は代謝活性の変化と往々にして関連性があり、これらは細胞レベルにおける酸化過程の結果としての熱変化の現れである。生物学的材料は等温熱量測定により研究されており、例えば、哺乳類細胞、植物細胞、原核細胞、哺乳類組織、植物組織および生物全体などがある。熱量測定により研究されてきた細胞内現象には、例えば、マイトーシス、ネクローシス、アポトーシスおよび代謝活性により誘発された変化などが挙げられる。中でも、生物産業分野において応用可能性があり、例えば、真核生物および原核生物タンパク質製造、創薬、薬品開発、臨床業務（例えば、非特許文献１〜３)がある。１つの重要な理由は、この方法はリアルタイムデータとしてデータを提供でき、このようなリアルタイム性は生物学用途における新技術への共通した要請であった。
【０００６】
生命科学産業組織のための全ての方法および技術は、簡易な試料の取扱いにより、高度な試料を得る必要がある。産業界からの要求を満たすためには、方法は平行マルチ試料検査に基づき、好適にはアレイシステムとして構成されることが望ましい。市販の熱量測定機器においては、概して、試料は個別に熱量計に装填または導入される。数種の市販の多流路温度測定器があるが、これらは全て、個別熱量測定流路が温度自動調節器を共有する。
【０００７】
多くの多流路熱量計は、特許文献１〜４に記載されているような、抵抗温度計測法、すなわち、サーミスタ抵抗温度計測器または白金抵抗温度計測器、または電熱電圧判定の熱検出のいずれかの使用により説明できる。特許文献４および非特許文献４に記載のサーモパイルチップに基づく微細熱量計もある。これらの種類の機器は高感受性、少量の試料量（数マイクロリットル）、即応性および多流路設計への適応性を有し得るという点において特徴付けられる。しかし、例えば、土のような不均一な試料および細胞、組織および動物のような試料に対する細胞の単層を用いた実験のように、多く用途において試料量が過剰に少ない。更に、熱伝導熱量計について、特定の試料についての検知限界は容器に含まれる試料の量に比例する。従って、特に低い熱出力を有する材料については、数マイクロリットルよりも多い試料量を用いて測定を行うことが必要であり得る。産業界のユーザからの、安全性および費用効果の要請により、試料が容器に入れられ、かつ、廃棄可能な試料容器内において実験が行われることが望ましい。これまでの間、チップ技術ではこの問題に対処することができなかった。
【０００８】
サーモパイル熱伝導熱量計が、物理的、化学的または生物学的過程が起きている試料からの熱容量の変化を高感度に測定するために用いられ得る。試料からサーモパイルを経てサーモスタットを備えるヒートシンクへ至る熱流を測定することにより熱が測定される。この測定原理が、複数の着脱可能かつ廃棄可能な、複数の試料容器配列にも応用できるかは、依然として示されていない。この理由としては、（i）測定室に配列を導入した場合に、導入された配列体について良好な熱平衡を保証すること、（ii）測定室に配列を導入した場合に、温度調節ブロックおよびヒートシンクにおける、熱および機構的な、すなわち、圧力の急激な撹乱を予防すること、（iii）多数の容器の着脱可能な配列と、サーモパイルのような熱流センサとの間の高い熱伝導接続を保証すること、が難しいことである。単一の容器コンテナか多数の容器コンテナかに関係なく、熱平衡および安定的な熱測定信号を十分な時間内に得るために、複数のステップにおいて、試料容器が熱量測定室に嵌入される必要がある。熱量測定試料容器は熱量計に垂直に嵌入される。マルチ容器コンテナ配列における、このような嵌入方法は熱平衡のために非効率の長い平衡時間の原因となる。また、サーモパイルの圧電効果応答によって、サーモパイルにおいて大きな変動も引き起される。
【０００９】
従って、配列システムに基づき、かつ、試料容器が廃棄可能な熱量測定機器が必要とされている。そのような機器は操作が簡易であり、かつ、ユーザの要求に応じた、高い感受性を有する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許公開公報第２００４／０１０７９８６号公報
【特許文献２】米国特許公開公報第２００５／０２４１８６９号公報
【特許文献３】米国特許公開公報第２００５／００３６５３６号公報
【特許文献４】米国特許公開公報第２００４／００３８２２８号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Beezer, A. E., et al (1993) Microbios. 73, 205-213
【非特許文献２】Beezer, A. E. (1990) Tokai J Exp Clin Med. 15, 369-372
【非特許文献３】Monti, M. (1990 Thermochimica Acta 172, 53-60, and Takahashi, K. (1990) Tokai J Exp Clin Med. 15, 387-394
【非特許文献４】Maskow, T. et al. (2006) J. Biotechnol. 122, 431-42
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
技術的背景の観点から、熱流測定のための多流路装置を用いて測定室における高い測定安定性を達成することは技術的な課題である。多流路は、装置への大きな開口を必要とし、測定室における試料の上の空間が大きく、従って、温度の点で安定性を保つことは難しい。
【００１３】
試料上面の本体を測定室に導入する事は可能であり、本体は測定室内の温度に安定化され、よって、測定室を安定化させて、試料の上の空間を小さくできる。しかし、そのような本体の導入は圧力変動の原因となり、測定室内の空気流を変動させて不要な温度変動を引き起こし、測定前の平衡化にかかる時間を長くし得る。従って、測定環境の維持制御を備えるか、または、容器アセンブリを導入した場合の測定環境の変動が最小化されているようなマルチウェルアセンブリを収容するために十分に大きい測定室を提供することが課題である。
【００１４】
如何に迅速に試料を測定室に導入し、測定室への試料導入後に如何に即座に測定開始できるかという観点から、試料を効率的に導入できる装置を提供することが課題である。
【００１５】
熱流測定は安定的で制御された環境を必要とし、また、そのような状況下では、測定室において、制御された方法によって、測定室の温度安定性が維持された状態で、要求された試験温度に応じて、温度を増減させる可能性をもたらすことが問題である。
【００１６】
いくつかのウェルまたは容器が並行して用いられることができ、各容器が個別にモニタリングされるような測定室を提供することが課題である。
【００１７】
また、熱流測定装置内における複数の個別試料の並行測定に適応したマルチウェル容器アセンブリを提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上記のように特定された技術的課題のうち、１つまたは複数を解決することを目的として、
少なくとも１つの試料からの熱流を測定する、１つまたは複数の容器に試料を含むマルチウェル容器アセンブリを収容するように構成された装置であって、該装置は、
前記装置内に前記容器アセンブリを導入させる開口と、
ヒートシンクを有する測定室と、
前記開口から前記測定室に渡って延在する流路と、
測定中に前記開口を閉鎖するための閉鎖部材と
を備え、また、前記開口、流路および測定室の高さを最小化する可能性を高めるために、前記開口および流路を前記装置に水平に導き、前記容器アセンブリを収容するために十分なだけの高さとすることを提案する。これにより、容器上に大きな空間のない、非常に小さな測定室を有することが可能となる。
【００１９】
前記開口、流路および測定室の前記高さは前記容器アセンブリの高さよりも５ｍｍまたはそれ以下だけ高いことを提案する。
【００２０】
如何に迅速に試料を測定室に導入し、測定室への試料導入後に如何に即座に測定開始できるかということに関して、測定室への試料の効率的な導入を提供するために、本発明は、前記測定室が第１の金属体内の空洞より成り、前記流路が第２の金属体を貫く穴より成り、そして、前記第１および第２金属体は相互に断熱されていることを提案する。また、前記ヒートシンクが、前記空洞内に位置する第３の金属体より成り、該第３金属体が前記第１金属体から断熱されていることを提案する。測定室内の環境の制御を更に改善するために、前記測定室が、容器アセンブリの平衡化のために構成されている第１領域と、ヒートシンクを含み、かつ、測定中に容器アセンブリを収容するように構成されている第２領域とに分割されていることを提案する。
【００２１】
容器アセンブリ内のいくつかの個別の容器のモニタリングの可能性を提供するために、本発明は、容器アセンブリが第２領域内に載置されたときに、容器アセンブリ内のすべての容器が前記熱センサ上に位置するように、センサが前記ヒートシンク上に位置していることを提案する。異なる熱センサを互いに断熱するために、前記第３金属体の上表面が複数の支柱に分割され、前記熱センサの１つが各支柱の上に載置されることを提案する。
【００２２】
測定室内の環境を更に改善するために、前記第１、第２金属体および前記蓋が、同一温度で熱安定されることを提案する。
【００２３】
前記金属体が、等温測定のために、選択した実験温度である定常温度において保持されるか、または、前記金属体の温度が、走査測定のために、選択温度の範囲内において変更される。
【００２４】
熱がヒートシンクおよび測定室から出るように、外部容器が、前記第１、第２金属体を封入し、該容器が、前記第１、第２金属体からは断熱されていることを提案する。この外部容器をデュワー容器としてもよい。前記第１、第２金属体を有する前記外部容器は、外部室内に位置し、該外部室内の温度が前記測定室内の温度よりも低く維持されている。前記外部室内の温度は、５℃程度またはそれ以上、前記測定室内の温度よりも低い。これにより、ヒートシンクからの熱流と外部室への熱流が誘発され、緩衝帯としての外部容器が測定室の過剰な冷却を防止し、測定室内の環境がより容易に制御できるようになる。
【００２５】
装置を、異なる高さの容器アセンブリを収容できるようにするために、前記流路および測定室の高さが、多様な容器アセンブリの高さに適合可能であることを提案する。
【００２６】
また、本発明は、試料を含むいくつかの容器の容器アセンブリにも関し、その容器アセンブリは本発明に係る装置に適合されている。各容器の外側底表面が、本発明に係る装置の上に載置されたときに、熱センサと良好に接触するように形成されていることを提案する。
【００２７】
特に、本発明に係る装置の上に載置されたときに、前記容器アセンブリ内の各容器が熱センサ上に位置するように、それらを載置することを具体的に提案する。
【００２８】
装置内の全ての熱センサを全く等しい高さに位置決めする事は難しく、また、各容器を、それぞれの熱センサと接触させることが非常に重要であるため、前記各容器が前記容器アセンブリに緩く嵌合することを提案し、これにより、各容器がそれぞれの熱センサと直接接触できるようになる。
【００２９】
例えば、容器に含まれ得る試料の種類または容器にかけてもよい費用の許容値のような、様々なパラメータに応じて、容器は異なる素材から作成され得る。容器はガラス、ステンレス鋼、またはプラスチック製であり得る。
【００３０】
また、前記容器アセンブリまたは容器アセンブリ内の容器が廃棄可能であることを提案する。
【００３１】
また、本発明は、装置内に前記容器アセンブリを導入させる開口と、ヒートシンクを有する測定室と、前記開口から前記測定室に渡って延在する流路と、測定中に前記開口を閉鎖するための閉鎖部材とを備える装置によって、マルチウェル容器アセンブリ内の少なくとも１つの試料からの熱流を測定する方法にも関連する。本発明は、水平方向に、前記開口および流路を通じて前記測定室内に前記容器アセンブリを輸送することを提案し、これにより、容器アセンブリを収容するのに十分なだけの高さを有する開口および測定室を用いることが可能になる。
【００３２】
本発明に係る方法においては、測定室内の許容可能な安定性を達成するという目的の下に、容器アセンブリが前記測定室内に輸送される前に、前記容器アセンブリが前記流路において平衡化可能であって、第２領域に輸送される前に、前記容器アセンブリが測定室内の第１領域において平衡化可能であり、該第２領域が前記ヒートシンクを含み、かつ、測定用の容器アセンブリを収容するように構成されており、前記容器アセンブリは、測定開始前に、前記第２領域において平衡化可能である。前記容器アセンブリが平衡化に要する時間は、前記流路および前記第１領域において１０分程度であり、前記第２領域において３０分程度であることを提案する。
【００３３】
本発明に係る方法では、前記流路および前記測定室が、等温測定のために、選択した一定の実験温度に維持されるか、または、前記流路および前記測定室の温度が、走査測定のために、選択した温度範囲において変更されることを教示する。
【００３４】
測定のために適当な基準温度を得るために、前記容器の少なくとも１つが基準容器として用いられ、該基準容器が内容材料により変更されることを提案する。存在する容器からいかなる数の基準容器を選択することも可能であり、前記容器の半分が基準容器として用いられ、前記容器の半分が試料に供されることも提案する。
【００３５】
測定室内の温度を低くするために、外部容器が内部に位置している前記外部室内の温度が、前記測定室の温度よりも低く維持される。前記外部室と前記測定室の温度差が、例えば、５℃程度またはそれ以上である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に従う装置および容器アセンブリまたは方法の利点は、本発明は、複数の並列容器における熱流測定のための、制御された安定的な測定環境を提供することである。本発明はまた、容器アセンブリが装置に導入されてから５０分程度で測定が開始し得る、迅速な測定手順をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本発明に従う装置、容器アセンブリ、および方法を、添付の図面を参照しながら以下に詳述する。
【００３８】
【図１】本発明に係る装置の概略的かつ極めて単純化した断面図である。
【図２】熱素子を有するヒートシンクと容器アセンブリの概略側面図である。
【図３】外部室を有する本発明の装置の概略的かつ極めて単純化した側面図である。
【図４ａ】異なる参照容器の配置を有する容器アセンブリの概略的かつ簡略的な上面図である。
【図４ｂ】異なる参照容器の配置を有する容器アセンブリの概略的かつ簡略的な上面図である。
【図４ｃ】異なる参照容器の配置を有する容器アセンブリの概略的かつ簡略的な上面図である。
【図５】本発明の可能性のある実施態様に従って実施した測定から得られた結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１を参照して、以下に本発明を更に詳細に説明する。図１は、少なくとも１つの試料２１ａからの熱流を測定する装置１を示し、該装置１は、１つまたは複数の容器２１、２２、・・・２ｎ内の試料を含むマルチウェル容器アセンブリ２を収容するように構成されている。
【００４０】
装置１は、容器アセンブリ２を装置１に導入するための開口１１と、ヒートシンク１３を含む測定室１２と、開口１１から測定室１２へと延在する流路１４と、測定中に開口を閉鎖する蓋１５と、図中に破線で示す閉鎖部材１５ａとを備える。
【００４１】
特に本発明においては、開口１１および流路１４が装置１に水平に導かれるので、装置１への開口１１が比較的小さくなる。開口１１の高さ「ａ」が可能な限り小さいことが望ましいところ、本発明では、開口１１、流路１４および測定室１２が容器アセンブリを収容するために最低限の高さを有する旨を開示する。提示するある実施形態では、開口１１、流路１４および測定室１２の高さ「ａ」が、容器アセンブリ２の高さ「ｂ」を５ｍｍまたはそれ以下超過する。
【００４２】
安定的な測定環境の提供のために、測定室１２は第１金属体１６内部の空洞として形成され、流路１４は第２金属体１７を貫通する穴として形成され、第１、第２金属体１６、１７と、蓋１５は相互に断熱されている。これは、第１、第２金属体１６、１７の間と、第２金属体１７と蓋１５の間に位置する第１プラスチック部材３１により行われ、これらの第１プラスチック部材３１は高熱耐性である。外部環境からの蓋１５の断熱は、蓋１５とは空隙３３により隔てられているプラスチック蓋３２による。
【００４３】
ヒートシンク１３は、空洞内に位置する第３金属体１８として形成され、この第３金属体１８は第１金属体１６とは断熱されている。この断熱は、高耐熱性の、第１、第３金属体１６、１８の間に位置する第２プラスチック部材による。
【００４４】
測定室１２は、容器アセンブリ２の平衡のため構成されている第１領域１２ａと、ヒートシンク１３を含み、かつ、測定中に容器アセンブリ２を収容するように構成されている第２領域１２ｂとに分けられる。
【００４５】
図２は、ヒートシンク１３に縦立する容器アセンブリ２を若干拡大した図である。容器アセンブリ２が第２領域１２ｂ内に置かれると、熱センサ４１、４２、・・・、４ｎがヒートシンク１３上に位置するため、容器アセンブリ２内の全ての容器２１、２２、・・・、２ｎが熱センサ４１、４２、・・・、４ｎ上に位置するようになる。第３金属体１８の上表面は、支柱１８１、１８２、・・・、１８ｎに分割でき、熱センサ４１、４２、・・・、４ｎの一つが各支柱１８１、１８２、・・・、１８ｎの上面に位置できる。
【００４６】
熱センサ４１、４２、・・・、４ｎの全てが同じ高さではないことに起因する高さの違いを克服するために、熱センサをヒートシンク１３の上面においてばねで付勢して、各センサおよび容器の間の良好な熱接触を保証することができる。
【００４７】
また、本発明は、第１、第２金属体１６、１７と蓋１５、１５ａを同一温度で熱安定させることも目的としている。
【００４８】
本発明に係る装置１は、異なる種類の測定に用いられ、測定の目的に応じて、金属体１６、１７、１８が、等温測定のために、選択した実験温度である定常温度において保持されるか、または、金属体１６、１７、１８の温度が、走査測定のために、選択温度の範囲内において変更されることを提案する。
【００４９】
測定室１２の環境を更に安定化させるために、図１は、外部容器５で第１、第２金属体１６、１７を封入し、該容器は、第３プラスチック部材３５により第１、第２金属体１６、１７から断熱されている様子を示す。提示した一実施形態は外部５容器がデュワー容器である旨を開示する。
【００５０】
図３は、外部容器５が第１、第２金属体１６，１７が外部室６に位置し、外部室６内の温度は測定室１２よりも低く維持されており、よって、温度制御中の測定室の冷却を可能にする実施態様を示す。外部室６内の温度は５℃程度またはそれ以上、測定室１２内の温度よりも低い。
【００５１】
提示した一つの本発明の実施形態では、流路１４および測定質１２の高さ「ａ」は、多様な容器アセンブリ２の高さ「ｂ」に適用可能であり得る。
【００５２】
再度、図２を参照し、複数の試料２１ａを含むいくつかの容器２１、２２、・・・、２ｎを備える本発明によるマルチウェル容器アセンブリ２が示されている。本発明は、各容器２１、２２、・・・、２ｎの外側底表面２１’、２２’、・・・２ｎ’が、本発明に係る装置１の上に載置されたときに、熱センサ４１、４２、・・・、４ｎと良好に接触するように形成されていることを具体的に教示する。容器アセンブリ２内の各容器２１、２２、・・・、２ｎは、本発明に係る装置１内に載置されたときに、熱センサ４１、４２、・・・、４ｎの上に位置するように位置合わせされている。
【００５３】
装置１において、各熱センサ４１、４２、・・・、４ｎが高さにおいて異なることを克服するために、各容器２１、２２、・・・、２ｎが容器アセンブリ２に緩く嵌合し、これにより、各容器がそれぞれの熱センサの高さに調節可能である。
【００５４】
容器アセンブリ２内の容器２１、２２、・・・、２ｎは、異なる材料により構成され得る。例えば、ガラス、ステンレス鋼またはプラスチック製の容器であり得る。
【００５５】
容器アセンブリ２が全体として廃棄可能であるか、または、容器アセンブリを構成する容器２１、２２、・・・、２ｎのそれぞれが廃棄可能であることを提案する。
【００５６】
再度、図１を参照し、以下に本発明に係る方法を詳述する。本発明は、概略図示した、容器アセンブリ２を装置１内に導入する開口１１と、ヒートシンク１３を有する測定室１２と、開口１１から測定室１２へと延在する流路１４と、測定中に開口１１を閉鎖する蓋１５と、閉鎖部材１５ａを備える装置を用いて、マルチウェル容器アセンブリ内の少なくとも１つの試料２１ａからの熱流を測定する方法を示す。
【００５７】
本発明に係る方法は、容器アセンブリ２を、測定室１２に輸送される前に流路１４内で平衡化させること、および、容器アセンブリ２を、第２領域１２ｂに輸送される前に測定室１２内の第１領域１２ａ内で平衡化させ、この第２領域１２ｂがヒートシンク１３を含み、かつ、測定のための容器アセンブリ２を収容するために構成されていることを提案する。また、容器アセンブリ２を、測定開始前に、第２領域１２ｂにおいて平衡化させることも提案する。平衡化のための時間は、流路１４および第１領域１２ａにおいて１０分程度であり、第２領域１２ｂにおいて３０分程度である。
【００５８】
行われる測定の種類に応じて、様々な方法で温度制御できることは理解されたい。例えば、流路１４および測定室１２内の温度を等温測定のために選択した一定の実験温度に維持することもでき、また、流路１４および測定室１２内の温度を走査測定のために選択した範囲の温度において変化させることもできる。
【００５９】
図４は、測定のための基準温度を提供するために、容器２１ｒの少なくとも１つを基準容器として用い、任意の基準容器２１ｒを不活性材料で満たすことを示している。図４ａ、４ｂおよび４ｃにおいては、装置の開口を図の下部としているので、測定室におけるあらゆる温度勾配「Ｇ」が図中の矢印「Ｇ」に従うであろう。
【００６０】
図４ａは２つの基準容器２１ｒ、２２ｒを用いた１つの実施形態を示す。異なる試料が入った容器が破線により２群に分割され、各群からの測定結果が基準容器の測定値に基づいて調節される。
【００６１】
図４ｂは、基準容器が容器の外側の列に位置する様子を示す。この実施形態において、容器を複数の行に分け、各基準容器を、図中の破線に対して固有の行および固有の側にある容器の基準として用いられる。
【００６２】
図４ｃは、半分の容器２１ｒ、２２ｒ、・・・、２ｍｒが基準容器として用いられ、半分の容器が試料用の容器として用いられる様子を示す。本実施形態において、試料の入ったそれぞれの容器は調整基準容器を用いて測定調整できる。
【００６３】
本発明に係る方法は、図３に概略的に示す外部室６内の温度を測定室１２の温度よりも低く維持することと、該測定室を封入し、かつ、第１、第２金属体１６、１７から断熱されている外部容器５が外部室内に位置していることを提案する。外部室６と測定室１２の温度差を５℃程度またはそれ以上とすることを提案する。
【００６４】
本発明に従う装置および容器アセンブリによる多流路熱量測定システムは、マイクロタイタープレートの容器プレートを用い、培養細胞の平行実験および試験を実施できる。この特性は、以下に例示するような新しい種類の熱量測定実験を具現化する。
ａ）複数培養細胞からの熱排出の同時測定により、個別の実験によりもむしろ、例えば、用量反応曲線の実施などの理論的な実験計画を具現化できる。
ｂ）複数培養細胞からの熱排出の同時測定により、個別の実験よりもむしろ、細胞生物学測定の必須条件である分析値の正規化を具現化できる。
ｃ）本形式によれば、付着細胞、すなわち、表層に付着して成長する細胞からの熱排出の測定が可能となる。培養細胞に対する従来の熱量測定実験は、浮遊状態で生存する細胞（cells growing in suspension）またはマイクロキャリアに付着した細胞に制限されており、このような場合には正規化はほぼ達成し得なかった。本発明に係る装置および方法を用いて細胞数および形態の制御が可能となり、また、それぞれのウェルについて正規化も個別に行うことが可能となった。
ｄ）本形式によれば、実験を行う際にロボット光学を利用することが可能となる。
【００６５】
本発明の具体的な利用態様は、本発明に係る装置において用量応答実験が実施される場合には、以下のように説明される。
【００６６】
培養３Ｔ３−Ｌ１細胞を白色脂肪細胞に分化させ、５つの三重濃度（five triplet concentration）のインシュリンにより処理する。本実験は２つに分けられ、インシュリン添加前の各ウェルの熱出力、基礎代謝率と、インシュリン添加後に誘発された代謝上昇活性を記録する。
【００６７】
基礎代謝率を３０分間にわたり記録する。装置からマイクロタイタープレートを取り出し、インシュリンをウェル容器に、すなわち使用中のウェル容器に無作為に分配された三重の５濃度に添加する。３０分の平衡化の後に、３０分間に渡って熱出力が記録される。
【００６８】
２つの連続的な熱出力測定の結果が、インシュリンにより誘発された代謝活性と基礎代謝率との間のｓ率として扱われる。このように、細胞数の算定および他の正規化手順を経る必要がない。結果を図５に示す。
【００６９】
本発明は上述の記載および例示的実施形態に限定されず、また、添付の特許請求の範囲に示したように、本発明の概念の範囲内において修正が加えられ得ることは理解されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの試料からの熱流を測定する装置であって、
該装置は１つまたは複数の容器に試料を含むマルチウェル容器アセンブリを収容するように構成され、該装置は、
前記装置内に前記容器アセンブリを導入させる開口と、
ヒートシンクを有する測定室と、
前記開口から前記測定室に渡って延在する流路と、
測定中に前記開口を閉鎖するための閉鎖部材と
を備え、
前記開口および流路が前記装置に水平に導かれ、
前記開口、流路および測定室の高さは前記容器アセンブリを収容するためにぎりぎりの高さのみを有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記開口、流路および測定室の前記高さは前記容器アセンブリの高さを５ｍｍまたはそれ以下上回ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記測定室が第１の金属体内の空洞より成り、前記流路が第２の金属体を通じる穴より成り、そして、前記第１および第２金属体は相互に断熱されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記ヒートシンクが、前記空洞内に位置する第３の金属体より成り、該第３金属体が前記第１金属体から断熱されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記測定室が、容器アセンブリの平衡化のために構成されている第１領域と、ヒートシンクを含み、かつ、測定中に容器アセンブリを収容するように構成されている第２領域とに分割されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記熱センサが前記ヒートシンク上に位置しており、容器アセンブリが前記第２領域内に載置された際に、容器アセンブリ内の各個別容器が前記熱センサ上に位置することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第３金属体の上表面が複数の支柱に分割され、前記熱センサの１つが各支柱の上に載置されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記熱センサが、前記ヒートシンクの上面にばね付勢されることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１、第２金属体および前記蓋が、同一温度で熱安定されることを特徴とする請求項２〜８に記載の装置。
【請求項１０】
前記金属体が、等温測定のために、選択した実験温度である定常温度において保持されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記金属体の温度が、走査測定のために、選択温度の範囲内において変更されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
外部容器が、前記第１、第２金属体を封入し、該容器が、前記第１、第２金属体からは断熱されていることを特徴とする請求項２〜１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記容器がデュワー容器であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１、第２金属体を有する前記外部容器が、外部室内に位置し、該外部室内の温度が前記測定室内の温度よりも低く維持されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記外部室内の温度が、５℃程度またはそれ以上、前記測定室内の温度よりも低いことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記流路および測定室の高さが、多様な容器アセンブリの高さに適合可能であることを特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
試料を含むいくつかの容器を有するマルチウェル容器アセンブリであって、各容器の外側底表面が、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置の上に載置された場合に、熱センサと良好な接触をもたらすように形成されていることを特徴とするマルチウェル容器アセンブリ。
【請求項１８】
前記容器アセンブリ内の各容器が、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置内に載置された場合に、熱センサ上に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の容器アセンブリ。
【請求項１９】
前記各容器が前記容器アセンブリに緩く嵌合することを特徴とする請求項１７または１８に記載の容器アセンブリ。
【請求項２０】
前記容器がガラス製であることを特徴とする請求項１７、１８または１９に記載の容器アセンブリ。
【請求項２１】
前記容器がステンレス鋼製であることを特徴とする請求項１７、１８または１９に記載の容器アセンブリ。
【請求項２２】
前記容器がプラスチック製であることを特徴とする請求項１７、１８または１９に記載の容器アセンブリ。
【請求項２３】
前記容器アセンブリが廃棄可能であることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の容器アセンブリ。
【請求項２４】
前記容器アセンブリにおける容器が廃棄可能であることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の容器アセンブリ。
【請求項２５】
装置内に前記容器アセンブリを導入させる開口と、
ヒートシンクを有する測定室と、
前記開口から前記測定室に渡って延在する流路と、
測定中に前記開口を閉鎖するための閉鎖部材と
を備える装置によって、マルチウェル容器アセンブリ内の少なくとも１つの試料からの熱流を測定する方法であって、
水平方向に、前記開口および流路を通じて前記測定室内に前記容器アセンブリを輸送することを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記測定室内に輸送される前に、前記容器アセンブリが前記流路において平衡化可能であって、
第２領域に輸送される前に、前記容器アセンブリが測定室内の第１領域において平衡化可能であり、該第２領域が前記ヒートシンクを含み、かつ、測定用の容器アセンブリを収容するように構成されており、
前記容器アセンブリは、測定開始前に、前記第２領域において平衡化可能であることを特長とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記容器アセンブリが平衡化に要する時間は、前記流路および前記第１領域において１０分程度であり、前記第２領域において３０分程度であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記流路および前記測定室が、等温測定のために、選択した一定の実験温度に維持されることを特徴とする請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記流路および前記測定室の温度が、走査測定のために、選択した温度範囲において変更されることを特徴とする請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記容器の少なくとも１つが基準容器として用いられ、該基準容器が内容材料により変更されることを特徴とする請求項２５〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記容器の半分が基準容器として用いられ、前記容器の半分が試料に供されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記外部室内の温度が、前記測定室の温度よりも低く維持されると共に、前記測定室を封入し、かつ、前記第１、第２金属体から断熱されている外部容器が外部室内に位置していることを特徴とする請求項２５〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記外部室と前記測定室の温度差が、５℃程度またはそれ以上であることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項１】
少なくとも１つの試料からの熱流を測定する装置であって、
該装置は１つまたは複数の容器に試料を含むマルチウェル容器アセンブリを収容するように構成され、該装置は、
前記装置内に前記容器アセンブリを導入させる開口と、
ヒートシンクを有する測定室と、
前記開口から前記測定室に渡って延在する流路と、
測定中に前記開口を閉鎖するための閉鎖部材と
を備え、
前記開口および流路が前記装置に水平に導かれ、
前記開口、流路および測定室の高さは前記容器アセンブリを収容するためにぎりぎりの高さのみを有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記開口、流路および測定室の前記高さは前記容器アセンブリの高さを５ｍｍまたはそれ以下上回ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記測定室が第１の金属体内の空洞より成り、前記流路が第２の金属体を通じる穴より成り、そして、前記第１および第２金属体は相互に断熱されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記ヒートシンクが、前記空洞内に位置する第３の金属体より成り、該第３金属体が前記第１金属体から断熱されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記測定室が、容器アセンブリの平衡化のために構成されている第１領域と、ヒートシンクを含み、かつ、測定中に容器アセンブリを収容するように構成されている第２領域とに分割されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記熱センサが前記ヒートシンク上に位置しており、容器アセンブリが前記第２領域内に載置された際に、容器アセンブリ内の各個別容器が前記熱センサ上に位置することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第３金属体の上表面が複数の支柱に分割され、前記熱センサの１つが各支柱の上に載置されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記熱センサが、前記ヒートシンクの上面にばね付勢されることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１、第２金属体および前記蓋が、同一温度で熱安定されることを特徴とする請求項２〜８に記載の装置。
【請求項１０】
前記金属体が、等温測定のために、選択した実験温度である定常温度において保持されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記金属体の温度が、走査測定のために、選択温度の範囲内において変更されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
外部容器が、前記第１、第２金属体を封入し、該容器が、前記第１、第２金属体からは断熱されていることを特徴とする請求項２〜１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記容器がデュワー容器であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１、第２金属体を有する前記外部容器が、外部室内に位置し、該外部室内の温度が前記測定室内の温度よりも低く維持されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記外部室内の温度が、５℃程度またはそれ以上、前記測定室内の温度よりも低いことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記流路および測定室の高さが、多様な容器アセンブリの高さに適合可能であることを特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
試料を含むいくつかの容器を有するマルチウェル容器アセンブリであって、各容器の外側底表面が、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置の上に載置された場合に、熱センサと良好な接触をもたらすように形成されていることを特徴とするマルチウェル容器アセンブリ。
【請求項１８】
前記容器アセンブリ内の各容器が、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置内に載置された場合に、熱センサ上に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の容器アセンブリ。
【請求項１９】
前記各容器が前記容器アセンブリに緩く嵌合することを特徴とする請求項１７または１８に記載の容器アセンブリ。
【請求項２０】
前記容器がガラス製であることを特徴とする請求項１７、１８または１９に記載の容器アセンブリ。
【請求項２１】
前記容器がステンレス鋼製であることを特徴とする請求項１７、１８または１９に記載の容器アセンブリ。
【請求項２２】
前記容器がプラスチック製であることを特徴とする請求項１７、１８または１９に記載の容器アセンブリ。
【請求項２３】
前記容器アセンブリが廃棄可能であることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の容器アセンブリ。
【請求項２４】
前記容器アセンブリにおける容器が廃棄可能であることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の容器アセンブリ。
【請求項２５】
装置内に前記容器アセンブリを導入させる開口と、
ヒートシンクを有する測定室と、
前記開口から前記測定室に渡って延在する流路と、
測定中に前記開口を閉鎖するための閉鎖部材と
を備える装置によって、マルチウェル容器アセンブリ内の少なくとも１つの試料からの熱流を測定する方法であって、
水平方向に、前記開口および流路を通じて前記測定室内に前記容器アセンブリを輸送することを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記測定室内に輸送される前に、前記容器アセンブリが前記流路において平衡化可能であって、
第２領域に輸送される前に、前記容器アセンブリが測定室内の第１領域において平衡化可能であり、該第２領域が前記ヒートシンクを含み、かつ、測定用の容器アセンブリを収容するように構成されており、
前記容器アセンブリは、測定開始前に、前記第２領域において平衡化可能であることを特長とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記容器アセンブリが平衡化に要する時間は、前記流路および前記第１領域において１０分程度であり、前記第２領域において３０分程度であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記流路および前記測定室が、等温測定のために、選択した一定の実験温度に維持されることを特徴とする請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記流路および前記測定室の温度が、走査測定のために、選択した温度範囲において変更されることを特徴とする請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記容器の少なくとも１つが基準容器として用いられ、該基準容器が内容材料により変更されることを特徴とする請求項２５〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記容器の半分が基準容器として用いられ、前記容器の半分が試料に供されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記外部室内の温度が、前記測定室の温度よりも低く維持されると共に、前記測定室を封入し、かつ、前記第１、第２金属体から断熱されている外部容器が外部室内に位置していることを特徴とする請求項２５〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記外部室と前記測定室の温度差が、５℃程度またはそれ以上であることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２００９−５３９１０４（Ｐ２００９−５３９１０４Ａ）
【公表日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１３１００（Ｐ２００９−５１３１００）
【出願日】平成１９年５月２９日（２００７．５．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２００７／０５０３６８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１３９４９８
【国際公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【出願人】（５０８３５３４１１）シムセル アーベー (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２９日（２００７．５．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２００７／０５０３６８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１３９４９８
【国際公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【出願人】（５０８３５３４１１）シムセル アーベー (1)
【Ｆターム（参考）】
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